天文衛星與軌道天文臺

郭紅鋒

雖然地球大氣層保護了地球上的生命，但也阻擋了絕大部分的天體輻射，使得人類在地面上并不能觀察到全部的宇宙信息。直到人類有了航天技術，科學家才能把各種儀器搭載到天文衛星上發射到太空，去獲得更多的宇宙真相。天文衛星（也稱軌道天文臺）按觀測目標不同，分為太陽觀測衛星和非太陽觀測衛星;按所搭載儀器不同，又可分為紅外、紫外、X射線和γ射線等天文衛星。

第一顆天文衛星是美國在1960年發射的太陽輻射監測衛星（solrad-1），它測量到了太陽紫外線和X射線的輻射通量（即單位時間內通過單位面積的輻射能量）。

美國在20世紀六七十年代還發射了3個系列的軌道觀測臺，即軌道太陽觀測臺（OSO）、軌道天文臺（OAO）和高能天文臺（HEAO）。此外還發射了觀測紫外線、X射線、γ射線等的天文衛星。1983年，美國發射了第一顆紅外天文衛星（IRAS）。1995年，美國國家航空航天局（NASA）和歐洲航天局（ESA）聯合發射了太陽和日球層觀測臺（也稱太陽觀測衛星SOHO），在軌工作25年，觀測到大量的太陽物理數據，拍攝了豐富的太陽變化圖片。

大型軌道天文臺項目，是美國研制的4個大型空間望遠鏡，分別是哈勃空間望遠鏡、康普頓伽瑪射線天文臺、錢德拉X射線天文臺和斯皮策空間望遠鏡。它們工作在不同波段。

哈勃空間望遠鏡（HS T），1990年4月24日由“發現號”航天飛機發射升空，工作在可見光和近紫外波段，1997年維修之后具備了近紅外觀測能力。

康普頓γ射線天文臺（CGRO），1991年4月5日由“亞特蘭蒂斯號”航天飛機搭載升空，工作在γ射線波段，也能擴展到硬X射線波段。

錢德拉X射線天文臺（CXO），1999年7月23日由“哥倫比亞號”航天飛機搭載升空，工作在軟X射線波段。

斯皮策空間望遠鏡（SST），2003年8月25日由“德爾塔Ⅱ”型火箭發射升空，工作在紅外波段。

大型軌道天文臺計劃的目標是將不同電磁波段的天文學研究一起向前推進。由于紅外線、紫外線、X射線和γ射線等都不能穿透地球大氣層，故這些波段的探測只能通過空間天文觀測獲得。康普頓γ射線天文臺和錢德拉X射線望遠鏡都在口徑或者分辨率上比前一代天文衛星提高了一個數量級。斯皮策空間望遠鏡雖不比之前的空間紅外望遠鏡（ISO）口徑大很多，但所攜帶的紅外探測設備，在性能上有很大的提高。哈勃空間望遠鏡充分利用了處于濃密大氣層以外的優勢，在可見光、近紅外和近紫外波段，都能觀測到比地面大型光學望遠鏡看到的更暗弱的天體。大型軌道天文臺的各臺望遠鏡都在自己的領域里做出了重要的貢獻。

自從人類進入宇航時代以來，已經向太空發射了很多個大大小小的天文衛星、軌道天文臺、太空望遠鏡、空間探測器等空間天文觀測儀器，獲得了大量地面上觀察不到的宇宙深處的信息，幫助人類更深入廣泛地了解宇宙的結構、組成、演化，以及過去、現在和未來的發展規律。

我國的天文衛星技術起步較晚，現在正在急起直追。

“悟空號”是我國第一顆天文衛星，于2015年12月17日發射升空。其核心使命就是在宇宙射線電子和γ射線輻射中尋找暗物質粒子存在的證據，并進行天體物理研究?！拔蚩仗枴痹凇案吣茈娮?、γ射線的能量測量準確度”以及“區分不同種類粒子的本領”這兩項關鍵技術指標方面領先世界，尤其適合尋找暗物質粒子湮滅過程產生的一些非常尖銳的能譜信號，其觀測能段是國際空間站阿爾法磁譜儀的10倍，能量分辨率比國際同類探測器高3倍以上，堪稱迄今為止在同類輻射范圍內觀測能段范圍最寬、能量分辨率最優的暗物質粒子探測衛星。

2021年10月14日，我國成功發射首顆太陽探測科學技術試驗衛星“羲和號”。該星搭載太陽空間望遠鏡，將實現國際首次太陽Hα波段光譜成像的空間探測，填補太陽爆發源區高質量觀測數據的空白，提高了我國在太陽物理領域研究能力，對我國空間科學探測及衛星技術發展具有重要意義。

2017年6月15日，我國首顆X射線天文衛星“慧眼”發射成功。“慧眼”衛星搭載高能X射線望遠鏡、中能X射線望遠鏡和低能X射線望遠鏡三種科學載荷和空間環境監測器，其科學目標是研究黑洞、中子星等致密天體等天文學前沿課題，同時也可以實現寬波段、大視場X射線巡天和高靈敏度的伽馬射線暴全天監視。該星的投入使用使我國高能天文研究進入空間觀測的新階段，對提高我國在空間科學領域的國際地位和影響力具有重要意義。